فرمول یک ایرانبا توجه به اتفاقات پیش آمده برای تیم اسکودریا فراری و احتمال استفاده این تیم از ناحیه های خاکستری قوانین موتوری و همچنین ادعاهای مطرح شده توسط رقیبان این تیم نظیر ردبول ریسینگ که برای اولین بار در سال گذشته مطرح شد، به بررسی سنسور جریان سوخت می‌پردازیم. تیم اسکودریا فراری از روشی برای دور زدن میزان سوخت مصرفی و یا دور زدن قوانین میزان جریان عبوری از سنسور اندازه گیری سوخت، که براساس قوانین 100 کیلوگرم بر ساعت می‌باشد، استفاده کرده است. در این مقاله می‌خواهیم با تاریخچه، کارایی، نکات فنی و نحوه استفاده از آن در مسابقات مختلف آشنا شویم.

تاریخچه

سنسور جریان سوخت (Fuel Flow Meter یا FFM) برای اولین بار در سال 2014 در سری مسابقات فرمول یک و مسابقات جهانی استقامتی معروف به WEC استفاده شد. ایده اصلی استفاده از این سنسور به کنترل میزان مصرف سوخت یک ماشین به طور متوسط می‌پرداخت که در کنار آن کنترل میزان آلودگی ماشین در مسابقات مختلف مورد توجه بود. به طور دقیق باید گفت با معرفی سنسور جریان سوخت، قوانینی تصویب شد که در مسابقات فرمول یک میزان حداکثر جریان عبوری به صورت قانون درآمد و در مسابقات جهانی استقامتی (WEC) میانگین میزان مصرف سوخت قانون شد.

خودروی #1 پورشه 919 در منطقه سرویس

خودروی پورشه 919 هیبرید – سری مسابقات WEC

فدراسیون جهانی اتومبیل‌رانی میزان خطا سنسور را 0.25± درصد عنوان کرد، که این موضوع به نتایجی بسیار جالبی انجامید که یکی از این موضوعات از بین رفتن اطلاعاتی است که در زمان اندازه گیری به دلیل تداخلات فرکانسی بوجود می‌آمد و میزان حقیقی سوخت مصرفی را نشان نمی‌دهد. دیگر موضوع اعتراض تیم فرمول یک ردبول ریسینگ بود که در گرندپری استرالیا در سال 2014 اعلام کرد که با توجه به تکنولوژی‌های کنونی در اختیار آنها، این تیم می‌تواند میزان دقت سنسور را به میزان قابل توجهی ارتقاء ببخشد، ولی فیا به این نتیجه گیری رسید که نمونه معرفی شده از سنسور جریان سوخت قابل قبول است و ادعای مطرح شده از طرف ردبول را رد کرد. ولی معضلات اشاره شده بالا همچنان در طول سالها تیم های مختلف فرمول یک را آزار داده است، در صورتی که فیا آپدیت های مختلفی را بر روی این سنسور اعمال کرده است.

استارت مسابقه فرمول یک فرانسه 2019

شروع مسابقه فرمول یک فرانسه 2019

در هر صورت در مسابقات WEC، مشکلات دقت اندازه گیری سوخت بر روی موتور های دیزلی اتفاق افتاد. هر دو سنسور اندازه گیری جریان سوخت رفت و برگشت با دمای بالا کار می‌کردند و این مشکلاتی را در اندازه‌گیری و ایجاد اختلال در این سنسورها ایجاد کرده بود. فدراسیون جهانی اتومبیل‌رانی در سال 2016 با معرفی نوع جدیدی از سنسور جریان سوخت، سعی کرد تا این معضلات و مشکلات را برطرف کند. در واقع این سنسورها هیچ گاه در مسابقات استفاده نشدند زیرا در انتهای سال تیم آئودی از مسابقات خارج شد.

هر دو مشکلات ذکر شده در بالا، دیگر مشکلات جدی نیستند زیرا در سال 2018 فیا از یک سنسور جدید استفاده کرد که کاربردی‌تر از قبل بود. ولی کارکرد آن چگونه است؟

فناوری مواد جامد (Solid-State)

به صورت سنتی، سنسورهای اندازه گیری جریان، مکانیکی هستند و نحوه کارکرد آنها اینگونه می‌باشد که بین خروجی و ورودی یک لوله قرار می‌گیرد و بعد با چرخش یک پروانه و اندازه گیری میزان چرخش، می‌توان میزان جریان عبوری را اندازه‌گیری کرد. در مسابقات فرمول یک نمی‌توان از این سنسورهای مکانیکی استفاده کرد زیرا راننده با گذاشتن پا بر روی پدال گاز باید در کسری از ثانیه میزان جریان عبوری از سنسور، از صفر به حداکثر میزان خود برسد.

سنسور جریان سوخت Flowsonic

نویل میک، مدیر سنترونیکس تکنولوژی، سازنده سنسور جریان سوخت می‌گوید:

یک پروانه حجم دارد و به همین دلیل زمانی که پروانه می‌خواهد اقدام به چرخش کند با مشکل داخلی مواجه می‌شود، یعنی در واقع ابتدا فشار بیش از حد و سپس افت فشار اتفاق می‌افتد که در لحظه یک مشکل را برای اندازه‌گیری جریان به وجود می‌آورد.

مشکل دیگری که بوجود می‌آید و بیشتر مربوط به سیستم‌های مکانیکی است، اینکه پروانه نمی‌تواند آنی عمل کند و میزان افت و یا افزایش آنی را به صورت پیاپی اندازه‌گیری کند.

مشکل دیگر زمانی است که شما ترمز می‌کنید و دور موتور به سرعت پایین می‌آید و ایجاد پدیده‌ای به نام ضربه قوچ یا ضربه چکشی می‌کند که این کار باعث آسیب در سیستم سوخت رسانی می‌شود. پروانه در این حالت نمی‌تواند به سرعت متوقف شود و باعث توقف و تجمع سوخت می‌گردد و بعد از ثانیه ای شروع به چرخش معکوس می‌کند که این می‌تواند توقف‌های ناگهانی در جریان سوخت ایجاد کند که باعث خسارت‌هایی در سیستم سوخت رسانی و همچنین در عملکرد خودرو خواهد شد. این مشکلات در چندین سال قبل کشف و مشاهده شدند و به همین دلیل با فناوری امروز ما توانستیم در قلب این سنسور از تکنولوژی مواد جامد استفاده کنیم.

مواد جامد به صورت پایه‌ای این مفهوم را می‌رساند که هیچ قسمت متحرک وجود ندارد و در اصل راه حلی ایده آل برای اندازه گیری میزان سوخت مصرفی است، که تهاجمی نیز نمی‌باشد و در آن از سیستم آلتراسونیک (مافوق صوت) نیز استفاده شده است. چالش اصلی استفاده از سیستم آلتراسونیک، خطوط انتقال گاز و نفت بود، زیرا باید آنها دقت بسیار بالایی داشته باشند و همچنین بتوان آنها را در یک خودروی مسابقه‌ای استفاده کرد.

آقای میک می‌افزاید:

در آن موقع، بهترین سیستم‌های اندازه‌گیری جریان برای لوله‌هایی به اندازه 6 اینچ یعنی 15 سانتی‌متر موجود بود. که بسیار بزرگتر از نظر اندازه و حجم مورد نظر ما بودند و فناوری آن چندان با وضعیت موتور اسپرت سازگار نبود.

بعضی از متخصصین می‌گفتند که امکان محقق شدن چنین سیستمی وجود ندارد، بخصوص که ما نیاز داشتیم دقت اندازه‌گیری دستگاه 0.25± درصد باشد. که این خود 4 برابر دقت سیستم‌های اندازه‌گیری موجود آن زمان بود. ما از مهندسان خودمان پرسیدیم چرا اینگونه است و آنها جواب دادند که کسی تا به حال این کار را انجام نداده است. به همین دلیل، ما می‌خواستیم از یک تکنولوژی رو به جلو و پیشرفته استفاده کنیم تا این سیستم محقق شود.

آخرین سیستم معرفی شده سنسور جریان سوخت توسط سنترونیکس توانست در فرمول یک استفاده شود، البته به لطف تکنولوژی پیشگام زمانه به این مهم دست یافت و همچنین با معیارهای فرمول یک یعنی دقت اندازه گیری 0.25± درصد تطابق داشت. ولی چگونه توانستند به این مهم دست پیدا کنند؟

سنسور جریان سوخت Flowsonic

سنسور جریان سوخت Flowsonic

نحوه کارکرد سنسور

در انتهای یک لوله باریک، دو مبدل پیزو الکتریک قرار دارد. در واقع بر روی سنسور دو مبدل دیسک شکل سرامیکی قرار دارد که انرژی الکتریکی را به امواج آلتراسونیک تبدیل می کند. پالس‌های ارسالی از یک مبدل به سمت جریان فرستاده می‌شود و بازتابش آن را دریافت می‌کند و به همین صورت در مبدل دوم نیز اتفاق می‌افتد و میزان پالس‌های هر دو مبدل را گرفته و میزان متوسط آن را حساب کرده که این میزان سرعت جریان عبوری را بدست می‌آورد. از طریق همین اندازه گیری و با در نظر داشتن اندازه قطر لوله می‌توان اندازه جریان در حال حرکت در لوله را محاسبه نمود.

میک می‌گوید:

یکی از مشکلات کار با سنسور آلتراسونیک این است که باید حجم جریان را محاسبه کنید در واقع باید بدانید که چگونه جرم حجمی سیال در حال حرکت را محاسبه کنید و آن هم با دقتی بالا که نظیرش وجود ندارد. مشکل آن جا می‌باشد که شما باید از قانون کوریولیس و یا یک حجم سنج استفاده کنید که امکان استفاده از آن در یک ماشین فرمول یک به دلایل نویز بالا، ویبره زیاد در اثر حرکت و همچنین شرایط سختی که این سنسور باید در آن کار کند، وجود ندارد. خوشبختانه شرایط در حال تغییر است و در حال حاضر استفاده از یک حجم سنج نیازمند دقت بالایی است که با پیشرفت روز افزون فناوری به زودی آن هم محقق خواهد شد. ولی در حال حاضر نحوه محاسبه حجم براساس دما و نمونه ارائه شده سوخت، در آزمایشگاه محاسبه می‌شود که نسبتا دقیق و بسیار کارآمد است.

البته باید این مورد را در نظر داشت که دمای سوخت اگر 3 درجه سانتی گراد افزایش داشته باشد، میزان خطای سنسور جریان سوخت به نزدیک 0.5± درصد می‌رسد. البته می‌توان با کنترل دمای سوخت و داشتن و یا محاسبه آن سریعا میزان سوخت جریان یافته در سیستم را با دقت بالا محاسبه کرد.

ولی سوال اصلی آنجاست که چه نوع استراتژی برای ارسال پالس های آلتراسونیک مورد نیاز است تا به میزان مشخص شده دقت و یا بیشتر از آن برسیم؟ یا آیا چه تعداد و در چه بازه زمانی باید پالس‌ها فرستاده شوند؟ یا نحوه ارسال پالس‌ها باید چگونه باشد، با هم ارسال شوند و یا با کمی تاخیر؟

نویل میک می‌افزاید:

در واقع پیچیدگی سیستم آنجاست که باید هر 200 هزارم میلی ثانیه این اندازه گیری ها صورت گیرد تا شما بتوانید به استاندارد های صنعت فرمول یک برسید، چیزی که هم اکنون در حال اجرا می‌باشد. البته باید ذکر کرد که فناوری آکوستیک یک دهه نیازمند بهبود پیدا کردن است تا ما بتوانیم از آن استفاده کنیم و به همین دلیل شما برای اندازه گیری‌های سریع و پشت سر هم نیازمند تکنیک‌ها و الگوریتم هایی هستید که شما را از تداخل سیگنالی در پالس‌های ارسالی آن هم ناخواسته جلوگیری کند. این سیستمی که ما طراحی و ثبت کرده‌ایم به ما این امکان را می‌دهد تا بتوانیم توقعات این صنعت را برآورده کنیم.

سنسور جریان سوخت Flowsonic

سنسور جریان سوخت Flowsonic

پیشرفت در دقت اندازه گیری

مدیر سینترونیکس تکنولوژی ادامه می‌دهد:

این سیستم بسیار زود مورد تحقیق و توسعه قرار گرفت و این تحقیقات بر روی میزان اندازه‌گیری دقیق تر استوار شد تا بتواند میزان دقیق مصرف خودرو را به صورت دقیق‌تری نمایش دهد. ما نیازمند افزایش میزان اندازه‌گیری به تعداد 2200 بار در ثانیه هستیم تا مطمئن شویم که اندازه‌گیری‌های ما دقیق و براساس نوع تغذیه هر موتور درست است و در جریان راه اندازی آن بر روی ماشین‌ها مشکل تداخل سیگنالی نداشته باشیم و میزان ارتعاشات داخلی موتور و ماشین مشکلی برای سیستم ما بوجود نمی‌آورد.

یکی از نکات بسیار مهم نوع متریال تشکیل دهنده سنسور است. مثل همیشه، باید وزن آن کم باشد ولی نمی‌تواند از مواد کامپوزیتی تشکیل شود. با استفاده از تعداد بسیار زیادی از متریال‌های مختلف، با هندسه‌های مختلف و همچنین انواع درجات دمایی مختلف راه اندازی و در نظر گرفتن نوع مشکلات و میزان و نوع درزهای بوجود آمده و نشتی‌ها مختلف ایجاد شده، توانستند یک نوع ماده خاص را برای ساخت سنسور پیدا کنند و این کار بسیار آسان‌تر و راحت‌تر از استفاده از مواد کامپوزیتی و نگرانی از مشکلات طولانی استفاده از آنها بود. دراین مورد خاص یعنی سنترونیکس از یک نوع ماده متالیک استفاده کرد که نیازی به بکارگیری از مواد پلاستیکی نبود.

میک می افزاید:

بسیار سخت بود تا بتوان یک سنسور مناسب و درست ساخت، تا بتوان به اندازه‌گیری‌های دقیق دست پیدا کرد ولی چالش اصلی و بزرگ ما، ساخت و تولید آن در اندازه‌ای بزرگ بود. این یعنی ساختن 500 عدد از این نوع سنسور که می‌توانست مشکلی عظیم باشد.

به طور غیر قابل باوری، هدف ما ساخت یک تکنولوژی بود تا این نوع سنسور بتواند میزان سوخت جریان یافته در سیستم را به صورت مداوم و پیاپی اندازه‌گیری کند. این اقدام، بزرگترین دستاورد ما بود و توانستیم طی سالیان متمادی با توسعه و پیشرفت رو به جلو در دنیای موتوراسپرت به آن دست پیدا کنیم.

سنسور جریان سوخت Flowsonic

سنسور جریان سوخت Flowsonic

استفاده از سنسور جریان سوخت در استراتژی‌ها

قوانین سفت و سخت برای میزان سوخت جریان یافته در سیستم تاثیری بر روی نرم افزارهای کنترلی تیم‌ها نمی‌گذارد. در واقع فدراسیون جهانی اتومبیل‌رانی برای فرمول یک حداکثر میزان و برای مسابقات WEC متوسط مصرف تعیین کرده است. این یعنی تیم‌ها در شرایطی می‌توانند میزان مصرف سوخت خود را محاسبه و کم و یا زیاد کنند. به طور مثال یعنی شما پشت ماشین ایمنی قرار دارید و تیم با محاسبه میزان سوخت در اختیار، محاسبه می‌کنند و میزان سوخت جریان یافته را کم می‌کنند و در نتیجه شما در سرعت پایینی که دارید میزان سوخت کمتری مصرف می‌کنید. این می‌تواند به تیم‌ها در مسابقات ایندی کار کمک کند تا میزان سوخت را کاهش دهند و سپس در زمان مسابقه آن را بالا ببرند. در واقع زمانی این اتفاق مهم است که بدانیم مسابقات ایندی کار 500 در طول بیست سال گذشته یک چهارم دور های ثبت شده در آن تحت شرایط ماشین ایمنی قرار داشته‌اند و ممکن است تیم‌ها بر اثر هیجانات ناشی از مسابقه یا سهل انگاری، میزان مصرف سوخت ماشین خود را کنترل نکنند و این به معنی از دست دادن پیروزی در یک مسابقه تاریخی می‌باشد.

با داشتن سنسور جریان سوخت، تیم‌ها می توانند اطلاعات را به صورت زنده در پیت وال مشاهده کنند و کاملا از میزان مصرف سوخت خود آگاهی داشته باشند، به خصوص در مسابقات ایندی کار که شما نیازمند سوخت گیری در زمان پیت استاپ هستید. در گذشته تیم‌های ایندی کار از میزان کارکرد و اطلاعات ارسالی موتور، تصمیم به محاسبه و انجام پیت استاپ می‌گرفتند که این خود خطاهایی را ایجاد می‌کرد. به عنوان مثال تیم کوروت از این سنسور در ماشین خود استفاده کرد و توانست به میزان حداکثر مصرف برسد و با استفاده از این سنسور به پیروزی های مختلف دست پیدا کند مثلا در پیست بین المللی ویرجینا، جایی که آنتونی گارسیا (Anthony Garcia) با یک باک پر دو ساعت به صورت مداوم مسابقه داد و توانست در انتها برنده مسابقه باشد.

تیم در انتهای مسابقه گفت که بدون داشتن این سنسور نمی‌توانست برنده باشد زیرا نمی‌توانستند پیشرفتی را که می‌خواستند بر اساس عملکرد موتور و یا نتایج عملکرد خودرو در پیست و یا کم کردن زمان پین استاپ برای بردن، بدست بیاورند و چنین چیزی ممکن نبود. بلکه آنها با اندازه‌گیری میزان سوخت مصرفی و به حداکثر رساندن آن تا حداکثر میزان مجاز توانستند نتیجه ای قابل قبول بگیرند.

خودرو شماره #63 تیم شورولت کوروت در شب لمانز 2017

خودروی کوروت – سری مسابقات WEC

در سال 2018 مسئولین سری مسابقات IMSA نیز اعلام کردند که از سنسور جریان سوخت در ماشین های مختلف رقابت ها استفاده خواهند کرد.

جوف کارتر، مدیر ارشد فنی سری مسابقات IMSA می‌گوید:

در سال 2017 میزان مصرف سوخت ماشین ها بسیار سوال برانگیز بود و ما نمی‌دانستیم آیا آنها میزان مصرف درست و قابل قبولی دارند یا خیر!

برای سال 2018 سازمان تصمیم گرفت که از نوع آزمایشی سنسور جریان سوخت استفاده کند و در داده‌های اجباری سازمان قرار دهد. البته با گزارشات نادرستی مواجه شدیم که به سوخت گیری نادرست و خلاف مقررات، تعداد بالای سوخت گیری و سنجش های نادرست میزان سوخت درون باک ماشین انجامید.

 

4 دیدگاه

دیدگاه خود را بیان کنید